ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

ESCUELA DE FORMACIÓN DE TECNÓLOGOS

ESTUDIO COMPARATIVO TÉCNICO/ECONÓMICO

ENTRE LA TECNOLOGÍA PLC (POWER LINE

COMMUNICATIONS) Y LA TECNOLOGÍA ADSL

(ASYMMETRIC DIGITAL SUSCRIBER LINE) PARA EL

SERVICIO DE INTERNET.

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

TECNÓLOGO EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

WELLINGTON MAURICIO GARCÍA VALDIVIEZO

[email protected]

DIRECTOR: ING. PABLO LÓPEZ

[email protected]

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DECLARACIÓN

Yo Wellington Mauricio García Valdiviezo declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.

A través de la presente declaración cederé el derecho de propiedad intelectual correspondiente a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.

--- Wellington García.

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CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Wellington Mauricio García Valdiviezo, bajo mi supervisión.

Ing. Pablo López MBA. DIRECTOR DEL PROYECTO

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AGRADECIMIENTOS

Un sincero agradecimiento a aquellas personas que contribuyeron en mi formación a lo largo de estos años como mi familia y mis amigos, quienes de una u otra forma estuvieron ahí compartiendo mis éxitos y fracasos y supieron creer en mí.

Gracias también al Ing. Pablo López que me asesoró con su experiencia y conocimientos, para desarrollar este trabajo de investigación y la culminación de mi carrera.

A Dios por haberme dado la fuerza y las ganas de seguir avanzando en mi vida profesional y personal, ya que sin su ayuda no hubiera alcanzado este pequeño pero gran logro en mi vida.

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DEDICATORIA

Este pequeño proyecto va dedicado especialmente a aquellos seres tan maravillosos que me pusieron en este mundo hermoso y hostil, que me enseñaron a crecer y a enfrentar la vida con valentía, con el corazón, hacer el bien y a creer en mí, Mauro y Yolanda gracias por hacer de mi el hombre que soy, por darme su apoyo y amor incondicional, mi vida no me alcanzaría para agradecerles lo que hacen por mí y mis hermanos, pero sé que con este pequeño logro en mi vida, les demuestro que tengo todas las ganas del mundo de convertirme en el gran hombre que esperan que sea y que nunca los defraudaré mis amados padres.

6 ÍNDICE RESUMEN………..1 CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO 1.1 ¿QUÉ ES INTERNET?... 3 1.1.1 INTERNET Y SOCIEDAD………..………. 4 1.1.2 INTERNET Y SU EVOLUCIÓN ………..…….5

1.2 TIPOS DE REDES DE TELECOMUNICACIONES PARA ACCEDER A INTERNET …….6

1.2.1 REDES ÓPTICAS PASIVAS ATM (APON)..……….…….. 6

1.2.1.1. Acceso por Fibra Óptica……….……….………. 7

1.2.1.2. Funcionamiento y Arquitectura de una APON………..……... 8

1.2.1.3. Beneficios de la APON………...……….13

1.2.2 REDES HFC (HYBRID FIBER COAX) ……….………...…14

1.2.2.1. Estándares de la tecnología HFC ………15

1.2.2.2. Arquitectura de Red ………18

1.2.3 REDES DE ACCESO INALÁMBRICO……….………….. 20

1.2.3.1. Sistema de Distribución Local Multipunto LMDS……… 20

1.2.3.2. Estandarización y normalización de la tecnología LMDS……….. 22

1.2.3.3. Arquitectura de Red ………..24

1.2.3.4. Elementos de red LMDS………. 26

1.3 TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN TELECOMUNICACIONES ………28

1.3.1 TECNOLOGÍA xDSL……….……… 29

1.3.1.1. Asymmetric Digita Suscriber Line (ADSL)………..…..30

1.3.2 Modo de Transferencia Asincrónica ₍ATM)…..…….……….………32

1.3.2.1. Descripción del proceso ATM………..……….……….32

1.3.2.2. Formato de las celdas ATM……….... 33

1.3.3 POWERLINE COMMUNICATIONS ……….…...…….35 1.3.3.1. Esquema De Funcionamiento DE PLC……….. 36 1.3.3.2. Backbone…..………. 37 1.3.3.3. Cabecera PLC ………37 1.3.3.4. Head End ……….37 1.3.3.5. Repetidor PLC (HG)………... 38 CAPÍTULO II ESTUDIO TÉCNICO 2.1 POWERLINE COMMUNICATIONS (PLC)……… 40 2.1.1. INTRODUCCIÓN ………..40 2.1.2. ARQUITECTURA DE LA TECNOLOGÍA PLC ………42

2.1.2.1 Naturaleza de las Redes de Acceso. ………..……..42

2.1.2.2. Funcionamiento de PLC……...………...………43

2.1.2.3. Backbone….. ………..44

2.1.2.4. Cabecera PLC………..………...……… 45

2.1.2.5. Repetidor PLC…………..……… 46

7

2.1.2.7. La Unidad de Acondicionamiento HFCPN (High Fre8uency Conditioned

Power Network) ……..……….……….48

2.1.3. TOPOLOGIA DE LAS REDES PLC……….……… 49

2.1.4. CAMPOS DE APLICACIÓN DE PLC……….….… 53

2.1.5. VENTAJAS DE PLC………. 54

2.1.6. DESVENTAJAS DE PLC……….….… 56

2.2. ASYMMETRIC DIGITAL SUSCRIBER LINE (ADSL)………. 57

2.2.1. INTRODUCCIÓN………. 57

2.2.2. TECNOLOGÍAS DE ACCESO A LA RED……….. 58

2.2.3. TECNOLOGÍAS xDSL EN LA RED DE ACCESO……….... 59

2.2.4. ORIGEN Y ESTANDARIZACION DE ADSL………. 66

2.2.5. ARQUITECTURA GENERAL Y FUNCIONAMIENTO DE UNA RED CON ACCESO ADSL………... 68

2.2.5.1. DSLAM ……….71

2.2.6. INTEGRACIÓN DE ATM Y ADSL ………71

2.2.6.1. Modelo para ofrecer servicios ………75

2.2.6.2. Encapsulado de datos ………..76

2.2.7. CODIFICACION DE LÍNEA UTILIZADAD EN ADSL………. 78

2.2.7.1. Funcionamiento del 2B1Q/CAP ……….………...81

2.2.7.2. Funcionamiento de DMT (Discrete MultiTono)………...………. 82

2.2.7.3. Ventajas de DMT para ADSL. ………...………85

2.2.8. LAS ESTRUCTURAS DE LOS BITS EN ADSL………. 86

2.2.8.1. Canales Portadores y Clases de Transporte en ADSL……… 86

2.2.8.2. Estructura de la Supertrama y Tramas ADSL………...…………. 89

2.2.9. VENTAJAS DEL xDSL ………...92

2.2.10. DESVENTAJAS DEL xDSL ………..…92

2.2.11. TABLA COMPARATIVA ENTRE LAS TECNOLOGÍAS DE ACCESO A LA RED. ………..93

CAPÍTULO III ESTUDIO ECONÓMICO 3.1 CONCEPTOS GENERALES DE ESTUDIO DE MERCADO……….…..97

3.1.1 INVESTIGACIÓN DE MERCADO………...97

3.1.1.1 Definición del Problema y los Objetivos de la Investigación……..……..98

3.1.1.2 Desarrollo del Plan de Investigación……….98

3.1.1.3 Implementación del Plan de Investigación……….98

3.1.2 SEGMENTACIÓN DE MERCADOS………..…98

3.1.2.1 Niveles de Segmentación de Mercados……….98

3.1.2.2 Tipos de Segmentación de Mercado………..99

3.1.2.3 Determinación del Mercado Meta………101

3.2 IDENTIFICACIÓN Y DEFINICIÓN DEL PROBLEMA………101

3.2.1 PROBLEMA DEL ACCESO A INTERNET DESDE EL PUNTO DE VISTA DEL USUARIO………101

3.2.1.1 Puntos de Vista de los Usuarios Residenciales………...…102

3.2.2 OBJETIVOS DEL ESTUDIO DE MERCADO………102

3.2.3 HIPÓTESIS DEL ESTUDIO DE MERCADO………..102

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3.3.1 IDENTIFICACION DEL UNIVERSO META………..…103

3.3.1.1 Segmentación de Usuarios Residenciales………...103

3.3.2 FUENTES DE INFORMACIÓN………...…105

3.3.2.1 Fuentes Primarias………....106

3.3.2.2 Fuentes Secundarias………106

3.3.2.2.1 Diseño del Cuestionario……….…107

3.4 RECOPILACION DE DATOS………..…108

3.5 PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS……….…109

3.5.1 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LAS ENCUESTAS APLICADAS A USUARIOS RESIDENCIALES………109

3.5.1.1 Edad de los usuarios………...109

3.5.1.2 Sector de residencia de los encuestados……….…110

3.5.1.3 Usuarios que utilizan internet………....111

3.5.1.4 Número de computadores en el hogar………...…112

3.5.1.5 Conocimiento de la Tecnología Broadband PLC………..…113

3.5.1.6 Lugares de Acceso a internet……….…114

3.5.1.7 Forma de acceso al internet………...…115

3.5.1.8 Principales proveedores de internet………...116

3.5.1.9 Nivel de satisfacción del servicio de acceso a internet……….…117

3.5.1.10 Causas de insatisfacción con el servicio de internet………118

3.5.1.11 Expectativa por un buen nivel de servicio………...…119

3.5.1.12 Precio que pagan actualmente por el servicio……….…120

3.5.1.13 Interés mostrado por el nuevo servicio de acceso a internet………...…121

3.5.1.14 Expectativa de precio por el nuevo servicio………122

3.6 TABLA COMPARARTIVA DE COSTOS PARA ACCEDER AL SERVICIO DE INTERNET, COMPARACIÓN ENTRE ADSL Y PLC………..123

CAPÍTULO IV CONCUSIONES Y RECOMENDACIONES 4.1 CONCLUSIONES………..129 4.2 RECOMENDACIONES………....130 GLOSARIO DE TÉRMINOS………132 ANEXOS...135

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RESUMEN

El presente trabajo de investigación como es : Estudio Comparativo Técnico/Económico entra la Tecnología PLC (Powerline Communications) y la Tecnología ADSL (Asymmetric Digital Suscriber Line) para el servicio de Internet, abarca temas importantes para el desarrollo del mismo, como son los diferentes tipos de redes de acceso a Internet: Acceso por fibra óptica (Redes APON), acceso por cable coaxial (Redes HFC), acceso inalámbrico (Redes LMDS), acceso por cobre (Redes Telefónicas/ADSL), todas estas con sus características, tanto estructurales como de funcionamiento, obviamente estos tipos de redes no solo se emplean para el acceso a Internet; como se ve para este caso, sino también para otras aplicaciones como transmisión de datos, comunicaciones, etc, siendo este un importante punto de partida para el estudio Técnico propuesto se muestra que existen varias alternativas al momento de acceder al servicio de Internet, en este caso se enfoca en dos sistemas que funcionan a través de redes de cobre ya existentes la telefónica y la eléctrica para el acceso mediante ADSL y PLC respectivamente.

El acceso a Internet mediante ADSL emplea la red telefónica ya existente en la ciudad de Quito, esta tecnología no es nueva ya que está implementada hace ya como 10 años, entonces actualmente esta ampliamente difundida y desarrollada ya que ha alcanzado altos niveles de desarrollo tanto en la parte técnica como en la parte económica, con esto se refiere a la amplia acogida que ha tenido en el mercado de las telecomunicaciones. El ADSL básicamente es una red de alta velocidad (Fibra Óptica) que se acopla a una central telefónica de un distrito por medio de un DSLAM ( DSL Access Multiplexer) que acopla la red de alta velocidad a la red telefónica para el acceso a Internet, hasta el usuario final, ya que cada uno tiene su propia línea que no es compartida, entonces se separa la señal de Internet de la del canal de voz por medio de un filtro discriminador que finalmente va al aparato telefónico y al modem, que da acceso a Internet. Esta tecnología tiene muchas variantes dependiendo de la aplicación que se le vaya a dar, obviamente con sus respectivas características técnicas.

Para el acceso a Internet mediante PLC, se emplea igualmente la red eléctrica existente, a diferencia del ADSL que emplea la red telefónica, su funcionamiento es parecido al ADSL, ya que igualmente una red de alta velocidad (Fibra Óptica) se acopla a la red de Media Tensión, en una subestación de transformación, por medio de un dispositivo llamado Cabecera PLC que inyecta a la red eléctrica la señal de datos que proviene de la red de alta velocidad, luego se acopla en la red eléctrica un equipo repetidor colocado en los medidores de energía existentes a todos lo hogares, edificios, etc, este amplifica la señal de datos que llega atenuada debido al trayecto desde la central, y las condiciones del cableado,

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finalmente cada toma corrientes en el domicilio se convierte en un punto de red, conectando el modem PLC que dará acceso a Internet, homologamente al modem ADSL. Con el estudio Económico, enfocado a nivel de los usuarios finales o abonados, se va a determinar cuánto están dispuestos a pagar los clientes para acceder al nuevo servicio de acceso a Internet que se está implementando en la ciudad de Quito, basándose en una encuesta que enfoca principalmente si los clientes que cuentan con el servicio de X proveedor y si estuviesen dispuestos a pagar por otro servicio que les brinde mayor satisfacción en relación a velocidad de conexión, estabilidad en el servicio, etc, tomando en consideración los precios de proveedores de Internet existentes y que en este caso emplean el acceso a Internet por medio del ADSL. Otro punto en consideración también a tomar es en el resultado del estudio Técnico del PLC, que permite decir que este sistema ofrece mayor confiabilidad, en los aspectos más importantes para el cliente, velocidad, estabilidad, buen soporte técnico, etc.

Con los resultados obtenidos en el presente estudio Técnico Económico, se podrá realizar una comparación entre las dos tecnologías en cuestión como son ADSL y PLC, establecer puntos de comparación concretos tanto de la parte técnica como de la parte económica, que permitirá establecer cuál de estas dos es la que nos ofrece mayor confiabilidad al momento de contratar un servicio de internet, o en el caso de ya contar con el mismo, presentar una alternativa a los usuarios del servicio de internet, que cumplan con la expectativa de los clientes, principalmente en la calidad del servicio que satisfaga sus requerimientos técnicos y en cuanto a los costos, que estén al alcance de sus bolsillos.

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CAPÍTULO I

MARCO TEÓRICO

1.1 ¿Qué es Internet?[1][1]

El Internet es una red informática descentralizada, que para permitir la conexión entre computadoras opera a través de un protocolo de comunicaciones. Para referirnos a ella además se utiliza el término "web" en inglés, refiriéndose a una "tela de araña" para representar esta red de conexiones. En palabras sencillas, la Internet es un conjunto de computadoras conectadas entre si, compartiendo una determinada cantidad de contenidos; por este motivo es que no se puede responder a la pregunta de donde está la Internet, físicamente está en todas las partes donde exista un ordenador con conectividad a esta red. Se dice entonces que el Internet es la red de redes, por la cual, millones de computadoras se pueden conectar entre sí. De esta, se puede extraer información a una escala nunca antes vista. También es conocida como la World Wide Web (www, prefijo bastante conocido por los que la navegan), y su estructura actual data de la década de los 90`. Con su aparición, la revolución de la información terminó definitivamente por despegar a escala masiva. Son millones las personas, las cuales por medio de un módem y hoy en día, por medio de la banda ancha, acceden a millones de páginas, que contienen información de la más diversa índole. Existen páginas de carácter personal, educativas, y por supuesto orientadas a los negocios; de hecho, toda empresa lo suficientemente tecnologizada cuenta con una página en Internet.

Con respecto a los protocolos que se menciona, su utilización es completamente transparente para nosotros como usuarios; la computadora se encarga de utilizarlos al emplear un navegador. El protocolo del que hablamos en un comienzo se le conoce como TCP/IP (Transmision control protocol, Internet Protocol), imagino de manera simplificada que es el idioma común para que las computadoras conectadas a la red se entiendan.

Por medio de Internet, también se puede desarrollar conversaciones en línea, como los ya famosos chat. Asimismo, se puede realizar transferencia de archivos , utilizando por supuesto un leguaje común para esto (en este caso el protocolo FTP o File Transfer Protocol) o enviar correos electrónicos (utilizando el protocolo SMTP o Simple Mail Transfer Protocol), los cuales han revolucionado la manera de comunicarse, y han dejado como prácticamente obsoleto el antiguo sistema de correo. Con ellos se puede comunicar de manera casi inmediata, con cualquier persona del mundo, independiente de donde se encuentre. De esta manera, muchas empresas, han dejado, incluso, un tanto de lado el teléfono para sus actividades comerciales. También el correo electrónico es altamente utilizado, dentro de la comunicación interna de las organizaciones estatales o privadas. Desde hace ya bastante tiempo, existe una aplicación asociada e estos correos electrónicos conocida como la mensajería instantánea, mediante la cual se puede mantener una conversación por medio de texto en línea. Las últimas aplicaciones relacionadas con la

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comunicación, involucran la transmisión de voz, que ha revolucionado además a la industria de la telefonía, con servicios como Skype; los servicios de mensajería instantánea como el de Yahoo!, no se quedan atrás y están ofreciendo un servicio similar.

1.1.1 INTERNET Y SOCIEDAD.[1][1][2]

Fig.1.1 Sitios de internet por países1

Internet tiene un impacto profundo en el trabajo, el ocio y el conocimiento a nivel mundial. Gracias a la web, millones de personas tienen acceso fácil e inmediato a una cantidad extensa y diversa de información en línea. Comparado a las enciclopedias y a las bibliotecas tradicionales, la web ha permitido una descentralización repentina y extrema de la información y de los datos. Algunas compañías e individuos han adoptado el uso de los weblogs, que se utilizan en gran parte como diarios actualizables. Algunas organizaciones comerciales animan a su personal para incorporar sus áreas de especialización en sus sitios, con la esperanza de que impresionen a los visitantes con conocimiento experto e información libre.

Internet ha llegado a gran parte de los hogares y de las empresas de los países ricos, en este aspecto se ha abierto una brecha digital con los países pobres, en los cuales la penetración de Internet y las nuevas tecnologías es muy limitada para las personas.

No obstante, en el transcurso del tiempo se ha venido extendiendo el acceso a Internet en casi todas las regiones del mundo, de modo que es relativamente sencillo encontrar por lo menos 2 computadoras conectadas en regiones remotas. Desde una perspectiva cultural del conocimiento, Internet ha sido una ventaja y una responsabilidad.

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____________________________________ 1. http://es.wikipedia.org/wiki/Acceso_a_Internet

Para la gente que está interesada en otras culturas, la red de redes proporciona una cantidad significativa de información y de una interactividad que sería inasequible de otra manera. Internet entró como una herramienta de globalización, poniendo fin al aislamiento de culturas. Debido a su rápida masificación e incorporación en la vida del ser humano, el espacio virtual es actualizado constantemente de información, fidedigna o irrelevante.

1.1.2 INTERNET Y SU EVOLUCIÓN.[1][1][3]

Antes Internet nos servía para un objetivo claro. Se navegaba en Internet para algo muy concreto. Ahora quizás también, pero sin duda alguna hoy nos podemos perder por el inmenso abanico de posibilidades que brinda la red. Hoy en día, la sensación que produce Internet es un ruido interferencias una explosión cúmulo de ideas distintas, de personas diferentes, de pensamientos distintos de tantas y tantas posibilidades que para una mente pueda ser excesivo.

El crecimiento o más bien la incorporación de tantas personas a la Red hace que las calles de lo que en principio era una pequeña ciudad llamada Internet se conviertan en todo un planeta extremadamente conectado entre sí entre todos sus miembros.

El hecho de que Internet haya aumentado tanto implica una mayor cantidad de relaciones virtuales entre personas. Conociendo este hecho y relacionándolo con la felicidad originada por las relaciones personales, se concluye que cuando una persona tenga una necesidad de conocimiento popular o de conocimiento no escrito en libros, puede recurrir a una fuente más acorde a su necesidad. Como ahora esta fuente es posible en Internet dicha persona preferirá prescindir del obligado protocolo que hay que cumplir a la hora de acercarse a alguien personalmente para obtener dicha información y por ello no establecerá una relación personal sino virtual. Este hecho, implica la existencia de un medio capaz de albergar soluciones para diversa índole de problemas.

Como toda gran revolución Internet augura una nueva era de diferentes métodos de resolución de problemas creados a partir de soluciones anteriores. Algunos sienten que Internet produce la sensación que hemos sentido alguna vez, produce la esperanza que se necesita para conseguir algo. Es un despertar de intenciones que jamás antes la tecnología había logrado en la población mundial. Para algunos usuarios internet genera una sensación de cercanía, empatía, comprensión, y a la vez de confusión, discusión, lucha y conflictos que ellos mismos denominan como la vida misma.

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1.2 TIPOS DE REDES DE TELECOMUNICACIONES PARA ACCEDER A

INTERNET. [1][2]

La señal de Internet al ser enviada puede ser clasificada según su magnitud física en impulso eléctrico, electromagnético u óptico. Las redes de telecomunicaciones se pueden clasificar de acuerdo al tipo de medio que utilizan para trasmitir la señal, el cual puede ser:

• Cobre; red de telecomunicación más extendida en Ecuador. La componen las redes

de telefonía pública y redes privadas. Se caracteriza por utilizar un medio de transporte hecho de cobre.

• Coaxial; red desarrollada para transmitir video a través de esta. Muy populares para

servicios de televisión por cable, posteriormente fue adaptada para su utilización como red de telecomunicación al soportar telefonía y video. La alta capacidad de ancho de banda que permite el medio, hace posible transferir datos en grandes cantidades.

• Fibra óptica; red que permite un ancho de banda capaz de transmitir datos del orden

de los Mbps hasta Gbps a distancias de cientos de kilómetros. En las ciudades, permite enlaces con un radio urbano menor o igual a 50 kilómetros sin la necesidad de instalar un repetidor de señal. Su alto costo asociado a la tecnología para explotar el medio, las reduce a clientes muy solventes. Se caracteriza por enviar luz a través del medio.

• Espacio libre; red de telecomunicación inalámbrica, permite alcanzar zonas a las

cuales el acceso físico a través de un medio en algunos casos es imposible, por los costos asociados o por la geografía presente. Actualmente, la popularidad de esta red ha ido en aumento, al integrarse al mercado nacional la tecnología Wireless Local Loop (WLL) que ofrece acceso a redes de telecomunicaciones a través de un enlace inalámbrico.

1.2.1 REDES ÓPTICAS PASIVAS ATM (APON, ATM Pasive Optical Network).[1][2][1]

En los últimos años, se han instalado servicios avanzados en millones de hogares utilizando tecnología DSL, la mayoría mediante el ASAM (Multiplexor de Acceso de Abonado ATM) de Alcatel. Sin embargo, los recientes desarrollos han conducido a un creciente interés por parte de los proveedores, hacia la entrega de servicios de banda ancha sobre fibra. Estos desarrollos incluyen la implementación de FTTH (fibra-hasta-el-hogar) con fibra enterrada en nuevas construcciones y, en algunos casos, la instalación posterior de FTTH utilizando fibra aérea.

El desarrollo de la tecnología de redes ópticas pasivas ATM (APON) es esencial para el éxito de la implementación a gran escala de FTTH. Las distintas plataformas APON permiten a los proveedores entregar servicios de banda ancha a usuarios residenciales, cubriendo sus necesidades presentes y futuras.

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En junio de 1995, cuando se formó el consorcio FSAN (Red de Acceso de Servicios Completos), formado por más de 20 operadores de telecomunicaciones de todo el mundo, acometió el desarrollo de una especificación que definiera un sistema de comunicación capaz de soportar un amplio rango de servicios. Esta iniciativa facilitaría la introducción a larga escala de las redes de acceso de banda ancha, definiendo un conjunto básico de requerimientos comunes.

En 1998, la especificación producida por el grupo fue adoptada por la UIT (Unión

Internacional de Telecomunicaciones) como el estándar G.983.1, que define el acceso

óptico de banda ancha utilizando la APON. 1.2.1.1 Acceso por Fibra Óptica.[1][2][3]

La tecnología de fibra óptica ofrece virtualmente ancho de banda ilimitado, y es ampliamente considerada como la solución fundamental para enviar acceso de banda ancha a la última milla, parte de la red donde se encuentra principalmente el cuello de botella que provoca el envío de servicios de baja velocidad, aunque hay que tener en cuenta que nuevas tecnologías como las xDSL, han logrado aumentar el ancho de bando disponible en la infraestructura de cobre existente.

No obstante, se necesita una nueva infraestructura de red que soporte las nuevas aplicaciones que van surgiendo y las que se prevén en el futuro. Esta infraestructura deberá permitir primeramente más ancho de banda, rápido aprovisionamiento de servicios, y garantías de QoS a un costo efectivo y de manera eficiente.

Las topologías que extienden la fibra óptica a través de la arquitectura de acceso local tales como, FTTH, FTTB, FTTCab, y FTTC ofrecen un mecanismo que habilita suficiente ancho de banda para el envío de nuevos servicios y aplicaciones. La tecnología APON puede incluirse en todas estas arquitecturas, como se muestra en la Figura 1.2.

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______________________________________

2. www.monografias.com/Redes Ópticas Pasivas ATM-APON

El componente principal de una PON es el dispositivo divisor óptico (splitter) que, dependiendo de la dirección del haz de luz, divide el haz entrante y lo distribuye hacia múltiples fibras, o los combina en la dirección opuesta dentro de una sola fibra. Cuando la PON se incluye en una arquitectura FTTH/B, la fibra va desde la CO (Central Óptica) hasta un divisor óptico ubicado dentro de la casa del abonado o negocio. En la arquitectura FTTCab, la fibra va desde la CO hasta el divisor óptico que se ubica en un gabinete en la vecindad atendida típicamente a una distancia alrededor de los 300 m del abonado. En la FTTC se llega con fibra hasta un gabinete más cercano al abonado, situado alrededor de 20 m de éste.

La PON puede ser común a todas estas arquitecturas. Sin embargo, solo en las configuraciones FTTH/B se eliminan todos los componentes electrónicos activos de la planta exterior, por lo que en éstas la PON es más eficiente, al eliminar todos los procesos de procesamiento de señal y codificación.

Los puntos finales del enlace están referidos como terminal de línea óptico OLT (Optical

Line Terminal) en la CO y terminal de red óptico ONT (Optical Network Termination) en

lado del cliente. Se abordarán los mismos en la sección siguiente.

1.2.1.2 Funcionamiento y Arquitectura de una APON.[1][2][4]

La APON está constituida fundamentalmente por la OLT, ONT, la fibra que soporta los componentes ópticos y un sistema de gestión de red.

La OLT reside típicamente en la central, mientras que la ONT se ubica en las instalaciones del usuario. La planta externa (fibra y componentes ópticos) es totalmente pasiva. Una única fibra conecta un puerto OLT con múltiples ONTs, utilizando filtros ópticos. Una única APON puede equiparse hasta con 64 ONTs, aunque típicamente el rango está entre 32 y 48. La OLT puede estar hasta 20 Km de distancia de las ONTs, permitiendo a una APON cubrir una extensa área geográfica. Una OLT puede soportar múltiples APONs, lo que, combinando con la capacidad de filtrado de las APONs, significa que una OLT puede soportar una gran número de usuarios.

Las técnicas WDM (Wavelength Division Multiplex) que utilizan tres longitudes de onda distintas, permiten transmitir datos bidireccionales y distribución de video en fibra. En la dirección de bajada, los datos se distribuyen a 1490 nm, utilizando el protocolo TDM (Time

Division Multiplex); en la dirección de subida, se utilizan 1310 nm en conjunción con el

protocolo TDMA a fin de soportar el medio de conexión compartido multipunto a punto. La tercera longitud de onda a 1550 nm transporta la distribución de video desde la OLT a

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las ONTs, constituyendo un método eficiente en coste para entregar un gran número de canales de video analógicos y/o digitales a los usuarios.

Para el transporte de comandos, control e información de estado se utilizan celdas ATM especiales en ambas direcciones. De acuerdo con el estándar G.983, la APON puede operar a dos velocidades: 155 Mbps simétrico y 622 Mbps descendentes/155 Mbps ascendentes (asimétrico). El ancho de banda puede asignarse individualmente a las ONTs con granularidad por debajo de 4 Kbps.

Todas las ONTs de una APON reciben la difusión completa de bajada de la OLT. Cada ONT supervisa la corriente de datos extrayendo solamente las celdas destinadas a ella, basándose en el valor del campo VPI/VCI de la celda ATM, que identifica a cada ONT de manera unívoca.

Antes de la transmisión desde la OLT, los datos se encriptan, utilizando un proceso llamado “variación”, para asegurar la seguridad en la APON. Durante la “variación” cada ONT transmite una clave de encriptación a la OLT para que la utilice en el proceso de variación y cuya finalidad es asegurar que los datos destinados a esa ONT no estén disponibles para las demás. En la dirección de subida, cada ONT sólo transmite datos a la OLT tras recibir un mensaje de cesión por parte de ésta, cediéndole un número de ciclos de tiempo (timeslots) en la APON.

Puesto que cada ONT puede estar a una distancia significativa de las demás, y de la OLT, se utiliza un procedimiento llamado “ranging” para determinar la distancia entre cada ONT y la OLT, a fin de ajustar la asignación de los ciclos y maximizar así la eficiencia de la APON.

Una APON proporciona funcionalidades FTTH completas, incluyendo datos a alta velocidad, voz en paquetes y una capa de video para servicio de video equivalente al sistema de cable, todo en una única fibra.

Fig.1.3 APON para FTTH. [1][2][5] Terminación de línea óptica

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La OLT actúa como un multiplexor para todo el tráfico de la APON y, al mismo tiempo, proporciona interfaces de la parte de red al usuario. Una única OLT puede soportar hasta 72 puertos APON.

Cada interfaz de la OLT soporta una división de 1:64, proporcionando una alta densidad de

abonados. La OLT soporta las interfaces OC-3 y OC-123 con el núcleo de red, mientras que

las interfaces de la APON hacia el usuario operan a 622 ó a 155 Mbps, y a 155 Mbps desde el usuario.

Terminación de red óptica

La ONT puede ubicarse en un bastidor resistente a las condiciones atmosféricas. Se instala como un Dispositivo Interfaz de Red (NID) a la intemperie, en la casa del abonado, aunque también puede instalarse en el interior o en conjunción con una pasarela, si lo requiere la implementación de la red. La ONT está equipada con una interfaz para la fibra APON, una interfaz para par trenzado para datos y voz derivada, y una interfaz coaxial de 75 ohm para proporcionar servicio de video de cable equivalente.

La Figura 1.4 muestra otra forma de cómo funciona la APON.

El acceso al ancho de banda pudiera obtenerse a través de distintos métodos, incluyendo TDMA, WDMA, CDMA. TDMA en sentido ascendente y TDM en sentido descendente fueron los escogidos por el grupo FSAN y adoptados por la ITU como estándar, teniendo en cuenta su simplicidad y efectividad en el costo.

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_________________________________ 3. Interfaz de Modo óptico simple a 4 MB

Fig.1.5 Funcionamiento de la APON.[1][2][7]

La división pasiva de la información requiere acciones especiales para lograr la privacidad y la seguridad. A su vez, el protocolo TDMA es necesario en la dirección ascendente. El uso de divisores ópticos en la arquitectura de una PON permite a los usuarios compartir el ancho de banda, y de esta forma dividir los costos, permitiendo a su vez reducir el número de dispositivos opto-electrónicos necesitados en la OLT.

Los sistemas APON usan una arquitectura de doble estrella. La primera en la OLT, donde la interfaz WAN se divide lógicamente y se conmuta hacia la interfaz APON. La segunda ocurre en el divisor donde la información es pasivamente dividida y enviada a cada ONT. La OLT es la interfaz entre el sistema de acceso y los puntos de servicios en la red del proveedor. La OLT se comporta como un conmutador ATM de extremo con interfaces APON en el lado del cliente, e interfaces ATM-SONET en el lado de la red.

La ONT filtrará las celdas entrantes y solo recuperará aquellas que estén direccionadas a ella. Haciendo uso del campo de dirección de 28 bits VPI/VCI que presenta cada celda. Primeramente la OLT enviará un mensaje a la ONT para indicarle que acepte celdas con cierto valor de VPI/VCI.

Debido al uso de TDMA en la dirección de subida, cada ONT está sincronizada en tiempo con todas las otras ONT. Esto se logra por medio de un proceso de determinación de distancia, donde cada OLT debe determinar la distancia a la que se encuentra cada ONT, de tal forma que le sea asignada los slots de tiempo óptimos en los cuales pueda transmitir sin

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interferir con otras ONTs. La OLT entonces enviará mensajes de concesión a través de las celdas de capa física de operación, administración y mantenimiento (PLOAM) para proporcionar los slots TDMA que son asignados a la ONT. La ONT, adapta la interfaz de servicio a ATM, y la envía hacia la PON usando el protocolo TDMA.

Ethernet y T1s son dos ejemplos de lo que puede ser transportado sobre la APON. Como la APON es independiente del servicio, todos los servicios heredados y futuros pueden ser fácilmente transportados.

Como ejemplo del formato de trama básico entre la OLT y la ONT, se muestra en la Figura 26 el del caso simétrico con velocidades de 155 Mbps. La versión asimétrica es similar.

Fig.1.6 Formatos de trama APON. [1][2][8]

Como se observa en la figura 1.6 la capacidad de carga útil en sentido descendente es reducida a 149.97 Mbps debido a las celdas PLOAM. Estas celdas son responsables de la asignación de ancho de banda a través de las celdas de concesión, sincronización, control de errores, seguridad, determinación de distancia, y mantenimiento.

En sentido ascedente la capacidad es reducida a 149.19 Mbps debido a que hay 3 bytes de overhead por celda ATM. En adición a estos 3 bytes por celda, existen también celdas PLOAM, donde la tasa de las mismas está definida por la OLT para cada ONT, dependiendo de la funcionalidad requerida. La tasa mínima de celdas PLOAM en esta dirección es una celda cada 100 ms. Esto equivale a una PLOAM cada 655 tramas, lo cual resulta despreciable. Los 3 bytes de overhead contienen un campo Periodo de guarda con un mínimo de 4 bits para proveer la distancia suficiente en tiempo entre dos celdas

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consecutivas para prevenir colisiones con celdas de otras ONT. La longitud de este campo es de hecho programable por la OLT. Un campo Preámbulo es usado para sincronización de bit y recuperación de la amplitud. El campo Delimitador es un patrón único que indica el comienzo de la celda ATM, que puede utilizarse para efectuar la sincronización de octeto. Las celdas ATM son directamente convertidas a formato óptico y enviadas a la PON. Debido a la naturaleza de difusión de la PON, se emplean técnicas de encriptación por cuestiones de seguridad. En dirección ascendente, la ONT, que usa el protocolo TDMA convierte también las celdas a formato óptico para su transporte sobre la PON.

1.2.1.3 Beneficios de la APON

La APON proporciona numerosas ventajas a los operadores y usuarios finales desde los puntos de vista operacional y de servicio. Los beneficios se detallan a continuación:

• La APON está basada en una planta exterior óptica completamente pasiva. En

general, la planta de fibra requiere menos mantenimiento que la planta de cobre. La vida esperada de la fibra es más larga que la del cobre desde el punto de vista físico y de la capacidad, por lo que los portadores se benefician al reducir sus costos, permitiendo bajar los precios a los abonados.

• Al no haber componentes activos entre la central y el usuario, la fiabilidad de la red

es alta y los costes de mantenimiento bajos.

• Una única fibra puede ser compartida por hasta 64 usuarios en una implementación

APON, proporcionando de este modo importantes ahorros de coste.

• Desde la perspectiva de la central, la APON es una tecnología punto a multipunto,

que reduce el número de interfaces ópticas requeridas en la OLT en un factor de hasta 64, en comparación con los sistemas punto a punto.

• La naturaleza TDMA del protocolo de la APON proporciona una concentración

inherente. Solamente cuando una ONT tiene datos para enviar, requiere tiempo de transmisión a la OLT. Debido a la distribución estadística del tráfico de datos, esta técnica permite a los usuarios acceder a un mayor ancho de banda cuando lo necesitan del que sería posible con implementaciones TDM.

• APON utiliza ATM como protocolo de nivel 1, haciendo que todas sus capacidades

de QoS queden a disposición de servicios como voz, transporte de redes de área local, y video, esto de acuerdo a los acuerdos de nivel de servicio (SLAs). Aún más, la capacidad entre la OLT y cada ONT puede ser proporcionada por software. Esto significa que cuando los requerimientos de un usuario cambian, la oferta de servicios puede modificarse sin necesidad de enviar un técnico al domicilio del usuario para actualizar el servicio.

• Debido a que el sistema está basado en ATM, un solo sistema de gestión puede completamente brindar el ancho de banda extremo a extremo, ahorrando en operaciones y mantenimiento. Además, si la interfaz de servicios es una LAN de alta velocidad como 10/100Base-T, donde el circuito ATM constituye el factor limitante al ancho de banda, este ancho de banda se podrá incrementar en el tiempo hasta las limitaciones de la interfaz física ATM. Por ejemplo, si un negocio pequeño necesita solo 1 Mbps de capacidad y en futuro requerirá 2 Mbps, entonces el

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proveedor sólo proporcionará una tasa mayor al ATM PVC, en vez de establecer más líneas T1 sobre cobre (como se hace aún en la actualidad).

• También el hecho de que ATM sea la base de la PON, se puede adaptar

virtualmente cualquier servicio deseado. Los operadores pueden enviar todos sus servicios heredados, tales como líneas T1 y T3, así como servicios LAN transparentes (TLS) sobre la red óptica.

Fig.1.7 LAN Transparente sobre la APON. [1][2][9]

Actualmente, los proveedores de servicio sirven a los pequeños negocios a través de nodos en anillo SONET, los cuales son muy costosos comparados con las ONTs de la APON, por lo que constituye una posibilidad real la sustitución de los mismos.

1.2.2 REDES HFC (Hybrid Fiber Coax). [1][3]

Las redes HFC, son redes de acceso cableadas terrestres, basados es sistemas híbridos que combinan fibra óptica y cable coaxial. El primero es usado para el transporte de los contenidos y el coaxial para el cableado de acometida hasta los usuarios.

El origen de las actuales redes HFC se remonta a los años 60 en los EEUU, cuando se desarrollaron las redes CATV (Community Antenna Televisión o también denominadas Cable Televisión). Estas redes, se empleaban para la transmisión de señales de TV analógica, usando como soporte de transmisión el cable coaxial, permitiendo poder tener varios canales de televisión de manera simultánea y a mejor calidad que la transmisión terrestre de TV, debido al ancho de banda del coaxial.

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Las redes CATV clásicas, poseen una topología de árbol, en donde a partir de un nodo de cabecera, se recopilan todos los canales (el origen de estos puede ser vía satélite, TAT (Televisión Analógica Terrestre) y TDT (Televisión Digital Terrestre.), transmisiones terrenales de microondas, redes de distribución de fibra óptica a transmitir a través de la red. Desde la cabecera surge el trocal de la red encargado del transporte de los contenidos hacia la red de distribución de cada zona. La red de distribución se encarga del transporte de los contenidos desde la cabecera hasta los puntos de distribución o acometida donde se conectan los abonados de la red.

Fig.1.8 Topología redes CATV en árbol. [1][3][1]

Las redes CATV fueron pensadas para el transporte y distribución de señales analogías de TV, pero en la actualidad estas redes han evolucionado hacia sistemas integrados que permiten soportar señales de voz, datos e imagen, bajo grandes requerimientos de ancho de banda y calidad. Esto se ha conseguido gracias a la introducción de la fibra óptica en el troncal de la red de cable, permitiendo gracias a su alta capacidad de transmisión, la posibilidad de servicios interactivos, servicios que precisan de una red donde la comunicación sea bidireccional y no solo en el sentido del usuario final.

Así las redes han dejando de ser redes difusión y pasando a ser sistemas globales. Esta evolución de la tecnología ha permitido que el ámbito de las redes CATV se extienda a áreas metropolitanas cada vez más extensas e interconectadas.

Así, las redes HFC han evolucionado desde estas redes de distribución de TV, a redes de banda ancha de larga distancia y alta capacidad, gracias a la incorporación de la fibra óptica. Ésta ha permitido mayor capacidad de transmisión, distancias de acceso y servicios asociados.

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En la actualidad existen diferentes estándares de normalización asociados a los servicios de acceso de datos en las redes HFC. Estos servicios, son principalmente los de datos y acceso a Internet. Los mismos están basados en los cablemódems, que son los equipos encargados de ser pasarela que permita convertir las redes de cable en redes transparentes para la transmisión de datos de alta velocidad. En la actualidad existen tres tipos de normalizaciones diferentes: DOCSIS, EuroDOCSIS y DVB-RCC. Alrededor de 1997 tres estándares salieron. DAVIC/DVB fue el primero junto con el estándar Europeo, por detrás fue seguido por MCSN con el estándares Estadounidense (DOCSIS). IEEE vino después con la 802.14, y claramente perdió la primera de las iniciativas de estandarización. Aquí destacamos los estándares que están siendo operativos o lo han sido en el mercado europeo. DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification)

El DOCSIS es un estándar definido por la industrias de la TV por cable para permitir la interoperabilidad entre cablemódems y las cabeceras de las redes. Existen diferentes normalizaciones, como son:

-DOCSIS 1.0 :Servicio Best Effort de alta velocidad para acceso a Internet y datos.

-DOCSIS 1.1 :Múltiples clases de servicio y QoS para los servicios sensibles al retardo, como la telefonía. Sistema con doble velocidad (canal de retorno) y de bajo coste.

-DOCSIS 1.2: Usa tecnología S-CDMA( Syncrhronous CDMA), con mayores tasas de transferencia y tolerancia al ruido e interferencias.

-DOCSIS 2.0: Introduce soporte a servicios Simétricos y servicios Punto a Punto (PPP), servicios IP multicast y mayor inmunidad al ruido y la interferencia. Es un sistema abierto, compatible con los DOCSIS 1.0 y 1.1 Existen 200 tipos de módems de cable certificados con DOCSIS, de los cuales 40 son DOCSIS 1.1. Actualmente la tendencia de la tecnología es a integrar bajo un mismo equipo el puerto de voz, el cable módem y también el decodificador.

Estándar Prestaciones Servicios y beneficios

DOCSIS 1.0 5 Mbps u/s

Especificaciones estándar

Alta velocidad de datos. Acceso a Internet

DOCSIS 1.010 Mbps u/s (retorno)

Calidad de servicio. Seguridad

Doble capacidad u/s

(retorno). Bajo coste

Advanced PHY.30

Mbps u/s (retorno) DOCSIS 2.0

S-CDMA A-TDMA

Servicios simétricos. Punto a

Punto.

Busines-to-busienes(B2B) Tabla 1.1 Estándares para redes HFC. [1][3][3]

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DOCSIS suplementa los servicios de televisión analógicos, y cumple también los estándares de televisión analógica de América y los Estados Unidos. Estos poseen un canal de retorno de entre los 5-42 MHz, con canales de televisión de 6 MHz. Estándares Europeos de TV. EuroDOCSIS.

Fig 1.9 Versiones DOCSIS. [1][3][4]

DVB-RCC

DVB-RCC (Return Channel Cable), fue definido para los STB’s y extendido para facilitar a los cablemódems y Cabeceras (INA- Interactive Network Adapter) la compatibilidad con los Set-Top Box DVB desplegados hasta ese momento (basados en el estándar DVB-C). Así este estándar es atractivo para el mercado europeo, ya que muchos de los operadores han desplegado activamente unidades basadas en DVB, con la consiguiente necesidad de adaptar sus redes a los nuevos servicios de datos. El estándar se ha definido para ser soporte de clases de servicio best effort y higher-grade (baja latencia). El estándar además complementa los servicios de TV, cumpliendo los estándares de TV europea.

Fig.1.10 Europeos de TV. DVB-RCC. [1][3][5]

EuroDOCSIS

El EuroDOCSIS es un estándar nacido como extensión de DOCSIS, con el objetivo de cumplir los estándares europeos de televisión, y adaptarse así a las exigencias de estos. Fue creado con el objeto de que los operadores europeos de cable pudieran explotar los altos volúmenes de productos DOCSIS, que se comercializan desde 1998. Así los costes asociados a estos no se dispararían por problemas de compatibilidades y estandarización. Este estándar provee de servicios y rendimientos similares a los prestados por DVB-RCC, si bien el nivel de integración con los STB’s es ligeramente inferior. Así la adaptación es debida a que los estándares de TV europeos contemplan un canal de retorno de entre 5-62 MHz, y unos canales con un ancho de banda de 8MHz.

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Fig.1.11 Estándares Europeos de TV. EuroDOCSIS. [1][3][6]

1.2.2.2. Arquitectura de Red

Tras el éxito de las redes CATV, gracias a la introducción de la fibra en el troncal de red, se ha conseguido configurar redes con mayor capacidad, y mayor longitud. En la parte final de la red se mantiene la red de coaxial por ser mucho más económica que una red completa de fibra. Además permite obtener una red global con grandes capacidades de escalado en función de las necesidades que sean demandadas. Estas son las denominadas redes HFC. Estas redes, presentan un Esquema de red mejorado como consecuencia de la existencia de fibra óptica. Mediante la introducción de esta, se produce una reducción del número de amplificadores en cascada necesarios en la red, reduciéndose el ruido y distorsión en las señales transportadas. La fibra aumenta el ancho de banda de la red, lo cual la dota de una mayor flexibilidad y capacidad de servicio.

Las redes HFC están configuradas en forma de anillos multipunto, con diferentes jerarquías organizativas, estando formado por un anillo primario de transporte, del que se despliegan anillos secundarios de fibra, y de los que salen las acometidas de la red de coaxial. En muchas ocasiones esta configuración o topología en anillo es más lógica que física, no cerrándose de manera real sino configurándose en enlaces bidireccionales que simulan los anillos.

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Cablemodems

Ahora se describe el elemento clave que permite que las redes HFC sean redes de transmisión bidireccional transparentes, el cablemódem (CM).

La función del módem de cable es convertir la red de cable CATV, en una vía transparente para el transporte de datos a alta velocidad e Internet, ofreciendo hacia el usuario y hacia otras redes desde cabecera, interfaces estándar. Los cablemódems se conectan a la red HFC mediante un conector de cable coaxial de tipo F, y al PC a través de una interfaz Ethernet 10BaseT. El PC ha de disponer, por tanto, de una tarjeta de red. Hacia el usuario se ofrece un estándar 10BaseT y a partir de la cabecera es posible escoger varios estándares disponibles: 10BaseT, 100baseT, Gigabit Ethernet, SDH, ATM, etc. Los módems funcionan como gateways o puerta de enlace, pasando de un protocolo Ethernet al protocolo particular de la red de cable. En cabecera se hará el proceso inverso, se convierte el protocolo del cable en algunos de los estándares disponibles, además de realizar ciertas funciones de control sobre el sistema. Los sistemas de módems de cable no suelen requerir una topología de red concreta, sino simplemente que se cumplan ciertas normas de calidad en la comunicación de extremo a extremo. Sin embargo, en la práctica puede resultar complicado, e incluso imposible, cumplir esas condiciones con una red enteramente coaxial.

Clases de Módem

En principio los módems de cable fueron pensados para implementar los niveles físicos y de control de acceso MAC, siendo una vía transparente de comunicación de datos tipo red de área local. Algunos módems implementan funciones de red y de transporte permiten que construir distintos tipos de aplicaciones sobre ellos. Podemos clasificarlos según esto en tres clases:

• Los que implementan el nivel físico y MAC de forma transparente, comportándose

como simples puentes, dejando a elección del usuario el utilizar cualquier tipo de protocolo sobre ellos.

• Los que enrutan tráfico IP. Algunos sistemas de módems de cable tienen como objetivo el transportar tráfico IP de forma transparente entre los usuarios y cabecera, donde se instala un router que lo encaminará hacia un canal descendente o hacia otro destino en una red diferente.

• Modems basados en ATM. Estos fragmentan los paquetes de datos en celdas ATM

(53 Bytes) y utilizan los protocolos de señalización para proporcionar diferentes clases de servicios. Este tipo de módems proporcionan: plataformas multiservicio, gestión de calidad de servicio, soporte VLAN´s, integración datos y voz sobre ATM, acceso Ethernet en el módem y comportamiento de bridge transparente.

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Aunque los módems de cable sirven para el transporte de datos con diversos fines, la mayoría de los sistemas se emplean para proporcionar acceso a Internet.

1.2.3 REDES DE ACCESO INALAMBRICO. [1][4]

Las tecnologías de acceso inalámbrico han tenido su principal uso en lugares inaccesibles donde la instalación de cableado no es posible o resulte totalmente inadecuado; pero tienen la desventaja de ser vulnerables a la interferencia, al ruido y al desvanecimiento de la señal debido a efectos atmosféricos. Pueden utilizar tecnología de radio terrestre fija (LMDS).

1.2.3.1 Sistema de Distribución Local Multipunto (LMDS)

LMDS (Local Multipoint Distribution System) es un sistema de comunicaciones punto a multipunto inalámbrico para transmisiones sobre banda ancha, permite transmitir servicios de voz, datos, internet y video en las frecuencias sobre los 25 GHz. En comparación con las tecnologías basadas en cable, los sistemas LMSD se pueden instalar muy rápidamente, el sistema modular de su arquitectura permite una ampliación progresiva en función de las necesidades y del aumento de la demanda de usuarios; requiere línea de vista.

Fig.1.13 Servicios Transmitidos en LMDS. [1][4][1]

LMDS aparece como una prometedora tecnología en el marco de las comunicaciones inalámbricas de banda ancha. Su destacado papel se debe a varias causas, pero fundamentalmente a tres razones: Facilidad de despliegue, acceso de alta velocidad y red acceso a coste asumible. Los sistemas LMDS permiten un rápido despliegue en comparación con las tecnologías homólogas basadas en cable e incluso con relación a sus homólogas inalámbricas, a lo que se suma su carácter celular, que le dota de elevada

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escalabilidad. LMDS permite el acceso a Internet de alta velocidad, tanto para el sector residencial (aun no, en la actualidad por su elevado coste de tarificación) como para el empresarial, gracias a las técnicas digitales. Finalmente, esta tecnología presenta un importante potencial como tecnología de acceso (especialmente compatible con las redes de fibra óptica, redes HFC (Hybrid Fiber Coax) para nuevos operadores que no dispongan de grandes recursos financieros, así como para los CLEC (Competitive Local Exchange Carrier).

LMDS es una tecnología que posee un corto recorrido desde su nacimiento en los años 70 y 80. Desde su nacimiento ha sufrido muchos cambios tanto a nivel físico como de servicios y capacidad de transmisión. Inicialmente la tecnología nace para dar servicios de difusión, utilizando la banda de 2 GHz. Posteriormente se convirtió el servicio en bidireccional, y se amplió la anchura de banda disponible utilizando la banda de los 3 GHz, dando lugar al servicio conocido bajo las siglas MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service). Con el paso del tiempo, la capacidad del sistema se vio superada no cubriendo las necesidades del servicio en cuanto a anchura de banda, y comenzó a utilizarse la banda de 23-25 GHz, dando lugar al servicio designado por las siglas LMDS (Local Multipoint Distribution Service). En la actualidad, la tecnología continúa evolucionando, y se están diseñando sistemas que funcionan en las bandas de 35 GHz e incluso 42 GHz, ampliando considerablemente la capacidad efectiva disponible para los usuarios. Estos avances se complementan además con técnicas adaptativas en modulación y detección y corrección de errores que incrementan el caudal efectivo disponible para los usuarios, la transición a los sistemas digitales que ha conseguido la integración total de los servicios en el estándar de acceso fijo inalámbrico LMDS.

Dadas sus enormes posibilidades en banda ancha, el potencial de LMDS en el escenario de las telecomunicaciones inalámbricas, se compara en algunos sectores con la ruptura que supuso en su momento la fibra óptica en el mundo del cableado; de hecho, se le confiere el carácter de “fibra óptica virtual”. En LMDS, cuando se establece una transmisión, esa "llamada" no puede transferirse desde una célula a otra como ocurre en el caso de la telefonía celular convencional; es por lo que LMDS se inscribe en el contexto de las comunicaciones fijas. En definitiva, el sistema LMDS se puede contemplar, desde un punto de vista global, como un conjunto de estaciones base (o hubs, según autores) interconectadas entre sí, y con el emplazamiento de usuario, a través de señales son de alta frecuencia y donde el transporte de esas señales tiene lugar de forma bidireccional, desde/hacia un único punto (el hub o estación base) hacia/desde múltiples puntos ( los emplazamientos de usuario), en base siempre a distancias cortas de varios Km. En consecuencia, se puede decir que LMDS es celular debido a su propia filosofía. Así la distancia entre la estación base y el emplazamiento de usuario viene limitada por la elevada frecuencia de la señal y por la estructura punto-multipunto, lo cual genera de forma automática una estructura basada en células.

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1.2.3.2. Estandarización y normalización de la tecnología LMDS. [1][4][2]

En 2002 se publicaron dos estándares para las redes LMDS: el estándar 802.16, desarrollado por el IEEE, e Hiperaccess, desarrollado por ETSI.

IEEE 802.16

El estándar IEEE 802.16 Wireless MAN (Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems) define los niveles físico y de acceso al medio, MAC para un acceso inalámbrico de banda ancha. 802.16 admite dos métodos de duplexión: en el dominio de la frecuencia y en el dominio del tiempo. En el primer caso se utilizan dos portadoras diferentes, una para el enlace ascendente y otra para el descendente, ambas de 28 MHz, mientras que en el segundo caso, ambos enlaces comparten una única portadora, con una anchura de canal igualmente de 28 MHz.

Para el caso de duplexión en el dominio de la frecuencia, y para facilitar el abaratamiento de los equipos terminales, se contempla el caso de terminales semidúplex (que no pueden transmitir y recibir simultáneamente), no así para la estación base, que necesariamente debe presentar un comportamiento dúplex. El sistema contempla un esquema flexible de transmisión, con modulación y codificación adaptativas en función de las condiciones de enlace que cada terminal ve de forma independiente. Esto significa que un terminal próximo a la estación base, con unas buenas condiciones de transmisión, no se va a ver afectado por un terminal mucho más alejado, para el que las condiciones de transmisión no van a ser tan óptimas.

Fig.1.14 Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA). [1][3][4]

Puesto que el sistema es punto a multipunto, el sistema incorpora un mecanismo de acceso múltiple al enlace ascendente (el compartido por todas las estaciones terminales). El esquema utilizado es TDMA (Time Division Multiple Access). La organización de dicho enlace ascendente viene determinado por la estación base, que lo propaga a todas las estaciones terminales mediante el enlace descendente. Por el contrario, al enlace

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descendente sólo accede la estación base, por lo que no es necesario ningún mecanismo de acceso múltiple. El enlace descendente se organiza mediante múltiplex por división en el tiempo, agrupando los mensajes dirigidos a terminales con el mismo esquema de transmisión. La organización de dicho enlace descendente se propaga en la misma trama, utilizando el esquema de transmisión más robusto (el apto para las peores condiciones de transmisión), de forma que todos los terminales puedan acceder a dicha estructura.

La capa de control de acceso al medio incorpora los mecanismos necesarios para el acceso compartido al enlace ascendente, incluyendo mecanismos de resolución de contiendas en aquellas situaciones previstas en la norma: el registro de los equipos terminales y la respuesta a un sondeo de difusión. El MAC es orientado a conexión, de forma que cada comunicación establecida entre la estación base y un equipo terminal lo hace por una conexión determinada. Además, en el momento en que un equipo terminal se registra en la estación base, está establece una serie de conexiones predefinidas, que permiten tanto la gestión del equipo terminal, como la solicitud de anchura de banda por parte de éste. Incorpora también mecanismos de control de la calidad de servicio, permitiendo asignar anchura de banda a los equipos terminales en función de las necesidades de los abonados que conectan. El estándar tiene definidos cuatro métodos de solicitud de reserva de anchura de banda, para cuatro tipos de servicio diferentes:

· Servicio garantizado no solicitado: la estación base asigna periódicamente espacio disponible en el enlace ascendente para cada conexión de este tipo que se haya establecido. · Servicio con sondeo en tiempo real: diseñado para el soporte de conexiones en tiempo real que generan paquetes de tamaño variable según intervalos de tiempo constantes. · Servicio con sondeo en tiempo diferido: diseñado para el soporte de conexiones que no

presenta requisitos de tiempo real.

· Servicio mejor esfuerzo: pensado para el tráfico de este tipo, como podría ser el acceso a Internet.

Como complemento a la 802.16 Wireless MAN, IEEE ha publicado otro estándar, el 802.16.2, que contempla prácticas recomendadas para la coexistencia de sistemas fijos de acceso inalámbrico de banda ancha. El grupo de trabajo 802.16 sigue desarrollando trabajos en el entorno de las redes de acceso inalámbrico. Actualmente tiene abiertas varias líneas de trabajo:

· La 802.16a, que pretende extender el ámbito de aplicación del estándar 802.16 para que también incorpore las bandas (con y sin licencia) de 2 a 11 GHz.

· La 802.16c, para facilitar las especificaciones de interoperabilidad.

· La 802.16.2a, que incorpora las bandas de 2 a 11 GHz, así como los sistemas punto a punto.

· En marzo de 2002 se creó un grupo de estudio para el acceso móvil inalámbrico de banda ancha (MBWA).

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Hiperaccess

HIPERACCESS (High Performance Radio Access) es la denominación del proyecto que la ETSI está desarrollando, bajo el auspicio del Broadband Radio Access Networks ETSI Project (EP-BRAN), en el campo del acceso fijo inalámbrico. Actualmente están publicados los estándares correspondientes al nivel físico A finales de 2002 fueron publicó la especificación de la capa de convergencia para el soporte de diferentes tipos de redes (IP, ATM,...). El estándar se centra en sistemas punto a multipunto bajo licencia, en frecuencias por encima de los 11 GHz, haciendo especial hincapié en las bandas de frecuencia candidatas para la prestación del servicio de Acceso Fijo Inalámbrico (26/28 GHz, 32 GHz y 40 GHz).

1.2.3.3. Arquitectura de Red. [1][3][5]

Básicamente, las infraestructuras asociadas a LMDS, consisten en el segmento de la estación base y el segmento de usuario. Este último está conformado por una serie de antenas/transceivers de baja potencia situadas en cada emplazamiento de usuario. Las antenas reciben las señales emitidas por la estación base al mismo tiempo que emiten señales hacia esa estación base. El segmento de usuario comprende también el STB, y los interfaces para implementar la integración en el marco del sistema de comunicaciones del usuario. Ello permite realizar de manera integral y trasparente la interconexión con WAN’s (Wide Area Network), enlaces con la central telefónica para generar líneas telefónicas, cabeceras de televisión por cable, una interfaz Ethernet para conectar ordenadores, etc. Esta interfaz de red, conocida como NIU (Network Interface Unit) o IDU (InDoor Unit), constituye una interfaz estandarizada para todos los equipos existentes en el emplazamiento de usuario.

El sistema LMDS se basa o está configurado en función de una filosofía modular, de forma que se pueda realizar el despliegue para prácticamente cualquier número de circuitos por sector. En líneas generales, se puede afirmar que la capacidad de estos sistemas LMDS es realmente notable; en la literatura existente se encuentran datos relativos a esta capacidad tales como que una sola estación base proporciona líneas telefónicas y de datos para dar servicio a aproximadamente 80.000 abonados. Como podemos observar la viabilidad tecnológica, de transmisión o escalabilidad parece asegurada en LMDS, al ser un sistema integrado multiservicios de alta capacidad. Solo el mercado determinara su triunfo o fracaso. En la actualidad es aun un sistema minoritario solo al alcance de empresas, no de usuarios residenciales, porque pese a que el equipamiento no ofrece problemas, sus costes son elevados y aun no parecen asumibles por el sector residencial.

El LMDS (Local Multipoint Distribution System) es un sistema de comunicación de punto a multipunto que utiliza ondas radioeléctricas a altas frecuencias, en torno a 26, 28 ó 40 GHz, en las que existen bandas de frecuencia de unos 2 GHz con atenuación mínima (conocidas como "ventanas espectrales") ante los agentes atmosféricos. Dada la anchura de

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banda disponible, el LMDS puede ser el soporte de una gran variedad de servicios simultáneos: televisión multicanal), telefonía, datos, servicios interactivos multimedia (teleeducación, telemedicina) acceso a Internet en banda ancha, etc.

En los sistemas LMDS, el territorio a cubrir se divide en células de varios kilómetros de radio (15-10 Km. en la banda 3,5 GHz, 3-9 Km. en la banda de 28 GHz, 1-3 Km. en la banda de 40 GHz). El usuario recibe la señal mediante una de estas tres posibles vías: desde el emisor principal de la célula, si existe visibilidad directa entre éste y el receptor; desde un repetidor, en zonas de sombra; mediante un rayo reflejado en alguna superficie plana (paredes de edificios, reflectores / repetidores pasivos, etc.). La antena receptora puede ser de dimensiones muy reducidas como antenas planas, con capacidad de emisión en banda ancha o de banda estrecha. En definitiva, se trata del acceso al bucle local vía radio. Esta nueva tecnología presenta una serie de ventajas hasta ahora inalcanzables a través de las conexiones vía cable: alta capacidad de transmisión, despliegue e instalación muy rápidos, crecimiento inmediato y simplicidad en el mantenimiento.

Fig.1.15 Estructura de una red punto a multipunto. [1][3][6]

Las redes de acceso inalámbricas se caracterizan por una estructura punto a multipunto: una estación base, ubicada en un lugar apropiado, ofrece cobertura a un conjunto de estaciones de abonado, que entran dentro de su zona de cobertura. Así la estructura de una red de acceso inalámbrica coincide con la de cualquier red de tipo celular; pero con las ventajas propias de que los terminales a los que hay que proporcionar servicio no son móviles, sino fijos. Ello implica que los mismos pueden tener mayor tamaño y consumo mayor, pudiendo funcionar a frecuencias más altas, de mayor anchura de banda y capacidad, aunque necesitan línea de visión directa entre la estación base y las estaciones de abonado. Una red inalámbrica como LMDS tiene normalmente opciones de acceso cableado, en la práctica por medio de fibra óptica. Por ello en muchas ocasiones se denomina LMDS como una redes acceso HFR, es decir Híbrida Fibra Radio, ya que las estaciones base se encuentran

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interconectadas con fibra óptica. Además el equipamiento puede verse en forma separada la parte del operador y la de los clientes o CPE (Equipamiento de la Instalación del Cliente). En el diseño de sistemas LMDS son posibles varias arquitecturas de red distintas. La mayoría de los operadores de sistemas utilizarán diseños de acceso inalámbrico punto– multipunto, a pesar de que se pueden proveer sistemas punto-a-punto y sistemas de difusión de TV con el sistema LMDS. Es de esperar que los servicios del sistema LMDS sean una combinación de voz, datos y video. La arquitectura de red LMDS consiste principalmente en cuatro partes:

· Centro de operaciones y administración de la Red o Cabecera. · Backbone.

· Estación Base.

· Equipamiento del Cliente, CPE.

Fig.1.16 Esquema de red LMDS. [1][3][7] 1.2.3.4. Elementos de red LMDS. [1][3][8]

Equipamiento del Cliente CPE

El CPE puede variar bastante según el proveedor, el fabricante y dependen incluso de las necesidades del cliente, pero la mayoría de ellos incluyen una serie de elementos que

soporten las características del estándar LMDS IEEE 802.164. Las funciones del

equipamiento del cliente, son dotar al usuario de un canal bidireccional de datos, y de un interfaz que posibilite la integración de todos los servicios, bajo un único enlace fijo vía radio.

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